基于透水性能的全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要 與傳統(tǒng)路面相比，全透水瀝青路面可滿足道路的排水及儲(chǔ)水功能，基本不存在傳統(tǒng)密級(jí)配路面帶來的諸多問題。與此同時(shí)，全透水瀝青路面在有效降低行車噪聲，緩解城市“熱島效應(yīng)”方面有顯著成效，是海綿城市建設(shè)中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)手段。該文以全透水瀝青路面為對(duì)象，對(duì)其路用性能和特點(diǎn)進(jìn)行研究，闡述了常用的三種類型路面結(jié)構(gòu)的適用性，并探討了全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程及注意事項(xiàng)，旨在對(duì)全透水瀝青路面在道路建設(shè)中的應(yīng)用提供一定的參考及建議。

關(guān)鍵詞 全透水瀝青路面；路用性能；路面特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）18-0104-03

0 引言

全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)層具有空隙大的優(yōu)點(diǎn)，其可以通過滲水、蓄水及排水一系列步驟來達(dá)到還原地下水位的目的，此外還能夠有效地解決地下水的水位下降、部分水資源短缺以及城市暴雨內(nèi)澇等許多問題，同時(shí)能夠較大的程度上降低城市熱島效應(yīng)，這與海綿城市建設(shè)的理念高度相似。

1 全透水瀝青路面概述

1.1 路用性能研究

全透水瀝青路面（PAC）又稱為“排水降噪路面”，與常用的SMA以及AC結(jié)構(gòu)型路面不同，采用骨架—孔隙結(jié)構(gòu)[1]，如圖1所示。作為一種新型的路面結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的路面結(jié)構(gòu)相比，在兼具很高的路用性能的前提下，具備排水性能優(yōu)的特點(diǎn)。全透水瀝青路面采用粗骨料形成路面結(jié)構(gòu)骨架，由于采用間斷型開級(jí)配結(jié)構(gòu)[2]，孔隙率相比于其他類型的路面更高，可達(dá)到20%。作為一種黏結(jié)材料，路用瀝青在穩(wěn)定性及吸附性能方面具有很高的要求，確?？蓪⒋止橇橡そY(jié)成骨架結(jié)構(gòu)。通過在瀝青中添加高強(qiáng)黏改劑形成改性瀝青，同等溫度下相比于普通瀝青黏結(jié)強(qiáng)度有顯著的提高，在高溫及低溫條件下的性能表現(xiàn)更加優(yōu)越，確保了全透水瀝青路面的高溫穩(wěn)定以及低溫抗裂性能。透水性作為全透水瀝青路面的一項(xiàng)重要特性，水穩(wěn)定性需要重點(diǎn)進(jìn)行考慮，不僅需要面臨降雨期間與水的直接接觸，還要承受在高溫天氣蒸騰之后的地下水的侵入，因此要求水穩(wěn)定性比一般的路面結(jié)構(gòu)更加優(yōu)秀。除此之外，全透水瀝青路面對(duì)其他材料并無特殊要求，與普通路面基本一致，滿足規(guī)范要求的指標(biāo)即可。

1.2 全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)分類

全透水瀝青路面對(duì)面層、基層以及蓄水層的滲透性均有要求，從上至下依次增大，且土基要求具備一定的滲透性[3]。此外，各路面結(jié)構(gòu)層要能夠充分滿足路用的性質(zhì)和效能，同時(shí)各路面要使用壽命足夠長(zhǎng)，對(duì)于新建及改擴(kuò)建道路均可使用，常見的代表性的全透水瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)基本上可以分為以下3類，如圖2所示。

1.2.1 A型全透水瀝青路面

此類型全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)從上至下依次為透水瀝青表面層、封層、透水瀝青中下面層、水泥穩(wěn)定碎石基層、級(jí)配碎石墊層。該類型路面主要特征為路表水進(jìn)入路面后會(huì)滲入路基，基層一般對(duì)材料的要求較高，通常使用混凝土攪拌物等材料鋪設(shè)而成，且由于路表水的滲入，路基承載力有限，所以該類型路面通常只適用于輕交通道路、廣場(chǎng)及人行道等。

1.2.2 B型全透水瀝青路面

此類型全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)從上至下依次為透水瀝青表面層、透水瀝青中下面層、排水式瀝青穩(wěn)定碎石基層、封層、級(jí)配碎石墊層。由于基層在滿足透水功能的同時(shí)，在強(qiáng)度及承載力方面性能相比柔性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)明顯，可用于交通量不大的道路。

1.2.3 C型全透水瀝青路面

此類型全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)從上至下依次為透水瀝青表面層、透水瀝青中下面層、排水式瀝青穩(wěn)定碎石基層、級(jí)配碎石或中粗砂墊層、反濾隔離層。由于基層采用半剛性結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度與承載力方面表現(xiàn)優(yōu)秀，可用于各等級(jí)道路的新建及改擴(kuò)建。

1.3 透水能力影響因素

1.3.1 降雨量

降雨量定義為一定時(shí)間內(nèi)降至地面的雨水未經(jīng)蒸發(fā)、滲流而積聚的水層深度，以毫米作為計(jì)量單位，單位時(shí)間內(nèi)的降雨量稱為降雨強(qiáng)度。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)路面排水時(shí)，通常將當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的降雨強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)考慮進(jìn)去，降雨條件一般按照實(shí)際測(cè)量、查詢歷年氣象資料和公式計(jì)算等方法確定。

1.3.2 路表滲入量

在降雨量相對(duì)固定不變的情況下，道路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的滲水量與路表滲透能力和滲入量直接相關(guān)，降雨量、降雨歷時(shí)、路面結(jié)構(gòu)空隙率、路線縱坡與路面破損程度均會(huì)對(duì)全透水瀝青路面的路表入滲率造成影響。

1.3.3 地下水文條件

地下水文條件給全透水瀝青路面造成的影響體現(xiàn)在毛細(xì)水與重力水對(duì)路基濕度的影響方面，在工程實(shí)踐中通過在土基與路基之間敷設(shè)反濾土工布來阻止毛細(xì)水滲入路基內(nèi)部，導(dǎo)致路基發(fā)生水損害與凍融損害。

1.3.4 冬季冰凍深度

通過在底基層下設(shè)置防凍墊層來避免路基遭受冰凍，但會(huì)導(dǎo)致全透水瀝青路面的透水性能受到一定的影響，對(duì)于一般路段，防凍墊層層厚為150～200 mm，而嚴(yán)重冰凍地區(qū)以及過濕路段等特殊路段，防凍墊層厚度需要加厚至300～400 mm。

1.4 全透水瀝青路面功能特點(diǎn)

1.4.1 緩解內(nèi)澇，補(bǔ)充地下水

作為一種多孔結(jié)構(gòu)，路表水可通過全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的連通孔隙滲入排水層中，排出道路路基范圍進(jìn)入排水系統(tǒng)之中?；诼访娴牧己猛杆?，在減緩徑流曲線、降低峰值流量方面有顯著的成效，可對(duì)排水系統(tǒng)的泄洪壓力進(jìn)行有效緩解[4]。與此同時(shí)，路表水在下滲經(jīng)過路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔徑的過程中，經(jīng)路面材料的截留吸附，可對(duì)水進(jìn)行濾化，有效減少滲入地下的路面水中的污染物，起到一定的凈化作用，有助于恢復(fù)地下水生態(tài)。

1.4.2 降低行車噪聲

行車過程中，噪聲的產(chǎn)生通常是由于行車過程中輪胎與路面之間存在著一定的空氣，空氣經(jīng)過抽吸與壓縮之后，就會(huì)使輪胎振動(dòng)。全透水瀝青路面由于存在諸多孔隙，可有效地破壞行車過程中輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的泵吸作用，可降低產(chǎn)生的噪聲。與此同時(shí)，由于路面結(jié)構(gòu)孔隙的反射與吸收，噪聲在傳播過程中會(huì)發(fā)生衰減。

1.4.3 提高行車安全

全透水瀝青路面具有良好的透水性，可及時(shí)排除路面積水，確保行車安全。路面采用粗骨料結(jié)構(gòu)，表面粗糙對(duì)光線容易形成漫反射，在白天可有效避免陽光在路面發(fā)生鏡面反射耀眼，夜間則可有效緩解車輛燈光炫目，確保行車安全，此外全透水瀝青路面的構(gòu)造深度大，具備更好的抗滑性能。

2 全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 功能層定位分析

2.1.1 面層

全透水瀝青路面根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為單面層與雙面層結(jié)構(gòu)，相比于單面層，雙面層結(jié)構(gòu)更利于排水、降噪功能更佳。單面層結(jié)構(gòu)通常采用PAC-13結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)厚度一般為40～50 mm，雙面層結(jié)構(gòu)上層結(jié)構(gòu)的厚度與最大公稱粒徑均應(yīng)小于下層結(jié)構(gòu)，上面層多采用PAC-16結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)厚度40～50 mm，下面層則采用PAC-20結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)厚度50～60 mm。

2.1.2 透水黏結(jié)層

透水黏結(jié)層設(shè)置在面層與基層之間，其主要功能是提高兩者之間的黏結(jié)強(qiáng)度，確保面層在車輛荷載作用下不會(huì)發(fā)生橫向位移，同時(shí)自身也具備透水性，不會(huì)對(duì)面層結(jié)構(gòu)的透水性造成影響。

2.1.3 透水基層

高質(zhì)量級(jí)配碎石通常直接用在重交通道路上的厚瀝青層下，而多孔水泥穩(wěn)定碎石多用在輕交通道路上，一般作為路面或薄瀝青層下，用作其他交通荷載等級(jí)道路則只可作為底基層，多孔水泥混凝土多用作極重或特重交通荷載等級(jí)的基層。以上各種類型基層在確保具備足夠的強(qiáng)度、剛度及抗疲勞破壞能力的前提下，良好的透水性是不可或缺的一項(xiàng)重要特性[5]。透水基層主要以透水能力作為厚度設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同材料基層的最小厚度選擇適宜的厚度。

2.1.4 墊層與反濾隔離層

土基中存在的細(xì)小顆粒物在水的作用下會(huì)發(fā)生移動(dòng)，反滲進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)中，堵塞結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙[6]，導(dǎo)致透水性能下降，通過設(shè)置反濾隔離層可有效地解決該問題。而墊層則有助于改善基層和土基的工作條件，確保路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，其還可以擴(kuò)展荷載分布范圍，將滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水橫向排出，從而避免路基導(dǎo)致強(qiáng)度下降而使土基受到一定程度的破壞。墊層和反濾隔離層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是原材料的選擇，在滿足性能要求的同時(shí)，還可確保透水性能不受影響，小粒徑的碎石及中粗砂是最佳選擇，也可采用土工織物代替[7]。

2.1.5 土基

作為表征土基滲透性能的一項(xiàng)重要參數(shù)，土的滲透性能決定了土基的滲透性，不同類別的土滲透性差別較大，其滲透系數(shù)取值范圍如表1所示。其中，礫石的滲透系數(shù)明顯優(yōu)于其他類別的土，而黏土的透水性最差，在全透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，優(yōu)選砂礫類土作為土基，其次可選擇粉質(zhì)土作為土基。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

2.2.1 確定基本設(shè)計(jì)參數(shù)

首先，確定降雨條件，若當(dāng)?shù)貧庀笳居?0年以上雨量統(tǒng)計(jì)資料，則采用氣象站的觀測(cè)資料，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定相關(guān)參數(shù)后采用下列公式計(jì)算平均降雨強(qiáng)度。

2.2.2 確定理論滲透系數(shù)

根據(jù)以往的研究表明，全透水瀝青路面材料的滲透系數(shù)與孔隙率直接相關(guān)，經(jīng)過數(shù)據(jù)擬合可知兩者之間成正比，不同材料的滲透系數(shù)與孔隙率的關(guān)系如下：

2.2.3 確定結(jié)構(gòu)層厚度

（1）面層厚度設(shè)計(jì)

若采用單層透水面層，面層結(jié)構(gòu)采用PAC-13結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)壓實(shí)厚度取40～50 mm。若采用雙層透水面層，上面層采用PAC-16結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)壓實(shí)厚度取40～50 mm，下面層則采用PAC-20結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)厚度取50～60 mm。

（2）基層厚度設(shè)計(jì)

首先根據(jù)Darcy定律與設(shè)計(jì)降雨量和面層寬度計(jì)算基層沿縱向每延米的設(shè)計(jì)滲水量，然后依據(jù)排水基層的滲透系數(shù)以及橫坡計(jì)算出排水基層的飽水厚度，基層的設(shè)計(jì)厚度要求不低于飽水厚度，并根據(jù)基層所采用的原材料最大公稱粒徑參照規(guī)范相關(guān)要求選擇適宜厚度。

2.2.4 結(jié)構(gòu)層厚度驗(yàn)算

采用路面計(jì)算軟件HPDS對(duì)擬定的路面結(jié)構(gòu)層厚度及參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值與容許拉應(yīng)力是否滿足要求進(jìn)行驗(yàn)證[8]。若滿足要求，則采用擬定的厚度及參數(shù)，若不滿足要求則需要重新設(shè)計(jì)厚度，直至滿足驗(yàn)算要求。

3 結(jié)語

全透水瀝青路面相比于傳統(tǒng)路面在排水、儲(chǔ)水、降噪以及確保行車安全方面具備優(yōu)勢(shì)，有利于恢復(fù)水文狀況并緩解城市開發(fā)建設(shè)的負(fù)面影響。該文通過對(duì)全透水瀝青路面的路用性能及特點(diǎn)進(jìn)行研究，分析其各結(jié)構(gòu)層的功能，并闡述了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程及注意事項(xiàng)，旨在對(duì)全透水瀝青路面在道路建設(shè)中的應(yīng)用提供一定的參考及建議。

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